Áp Suất Thủy Tĩnh

Bất kỳ chất lỏng nào cũng đẩy mạnh hơn khi bạn xuống sâu hơn, vì ở độ sâu lớn hơn có nhiều chất lỏng chồng lên trên bạn, thêm trọng lượng của nó. Áp suất này chỉ phụ thuộc vào bạn sâu bao nhiêu và chất lỏng là gì — không quan trọng bình chứa rộng, hẹp, hay có hình dạng kỳ lạ.

Công thức

P = ρ · g · h

• P — áp suất (Pa): lực đẩy thêm mà chất lỏng tác dụng ở độ sâu đó
• ρ — khối lượng riêng (kg/m³): bao nhiêu khối lượng chứa trong mỗi mét khối chất lỏng
• g — gia tốc trọng trường (m/s²): trọng lực kéo mạnh đến mức nào, khoảng 9,8 gần bề mặt Trái Đất
• h — độ sâu (m): bạn ở dưới bề mặt chất lỏng bao xa

Ví dụ đã giải

Nước có khối lượng riêng 1000 kilôgam trên mét khối. 0,5 mét nước thêm bao nhiêu áp suất, dùng 9,8 cho trọng lực?

• ρ = 1000 kg/m³
• g = 9.8 m/s²
• h = 0.5 m

1. P = ρ · g · h
2. P = 1000 kg/m³ · 9.8 m/s² · 0.5 m

P = 4900 Pa

Tự kiểm tra

Bạn thấy điều này ở đâu

Một con đập bê tông trọng lực được xây với phần chân đập dày hơn phần đỉnh rất nhiều, vì nước đẩy càng mạnh khi càng xuống sâu — cứ mỗi 10 mét độ sâu nước lại cộng thêm khoảng 98.000 pascal, gần bằng thêm trọn một bầu khí quyển. Một thợ lặn cảm nhận đúng định luật này qua cơn nhức tai sớm hơn bất kỳ cảm giác nào khác: chỉ cần lặn xuống vài mét trong bể bơi thôi, áp suất tăng thêm đã rõ rệt trên màng nhĩ.

Những sai lầm phổ biến

Phỏng đoán tự nhiên là một cột nước rộng hơn chắc phải đẩy xuống đáy mạnh hơn — vì có nhiều nước hơn đè xuống. Thực ra áp suất ở một độ sâu cho trước hoàn toàn như nhau giữa một cái bồn rộng và một cái ống mảnh được đổ đến cùng một mức: P = ρ · g · h không hề chứa độ rộng, không chứa hình dạng bình chứa, không chứa tổng thể tích. Lỗi thứ hai là kỳ vọng áp suất tăng theo bình phương độ sâu — nó tăng theo đường thẳng, nên gấp đôi độ sâu thì áp suất cũng tăng đúng gấp đôi.

Nó liên kết như thế nào

Thứ thực hiện việc đẩy này đơn giản là trọng lượng của chất lỏng chất chồng phía trên — cũng chính là trọng trường chi phối chuyển động rơi tự do, giờ đây ép cả theo phương ngang lẫn xuống dưới. Đây là nền tảng của cả chương chất lỏng: định luật Pascal hỏi điều gì xảy ra khi một áp suất như vậy được tác dụng lên một chất lỏng kín rồi bị nén, còn nguyên lý Archimedes bắt nguồn từ chênh lệch độ sâu giữa đáy vật và đỉnh vật.

Thử mô phỏng

• Ống chữ U

Các khái niệm liên quan

• Nguyên Lý Bernoulli
• Định Luật Pascal